基于微风聚能风力发电的一种引风导流室结构的制作方法

1.本发明涉及一种微风风力发电装置，特别涉及一种微风聚能风力发电装置中引风导流室的结构，该结构可将迎风面上的微风引入引风导流室中，并有效避免引入的微风在引风导流室内产生涡流和乱流现象，最大程度地降低其风能的损失。


背景技术：

2.风力发电对风速有一定的要求，一般需要风速大于10米/每秒钟的额定风速，最低的发电风速也需达到4米/每秒钟；风速低于3米/每秒钟的微风，为不可利用的发电风能；但地球上不可利用的风能，占整个风能资源的70%左右；近年来，出现了一些利用微风发电的研究实验项目，例如：利用文丘里原理设置聚风筒，进行聚风发电，它将微风从文丘里聚风筒的上端大口，引入到文丘里管中，通过聚风筒的筒口内径的变化，使进入的微风加速，用加速后的风，来驱动风力发电机进行发电；该技术方案主要是利用了空气从势能到动能的转换原理，这种技术方案，存在微风加速不明显，加速后的风不可持续，聚风效果较差等缺陷，无法利用微风进行持续地发电；再例如：专利号为2021112094298，名称为“微风聚能风力发电装置”的发明专利，公开了一种由圆桶形罩体底座（引风导流室），在引风导流室底面中部，设置有圆锥状引流凸起，在引风导流室顶面上，连接有文丘里管状的拔风筒，在拔风筒中，从下向上，依次设置有气流混合低速区间段、气流混合均匀高速区间段和气流排出减速区间段，风力发电机安装在气流混合均匀高速区间段；作为微风发电装置的风源，微风和气流的有效引入量，以及向拔风筒的导流输送，这两环节至关重要；如何将外界环境中的微风，最大程度地引入到引风导流室中（即增加风密度），又如何使引入的微风的风能损失最小（即在引风筒中被引入的微风尽可能不产生涡流、乱流现象和穿堂流出的现象），并改向向上进入到拔风筒中，被有效利用发电，是需要进一步研究解决的难题；专利号为2021112094298的发明专利，公开了引风导流室的外圆立面上的微风导入叶片，是由外叶片板、中间叶片板和内叶片板组成的，中间叶片板为柔性软板，在外叶片板与内叶片板之间，连接有中间叶片板；圆桶形罩体底座的外圆侧立面上的迎风处的微风导入叶片的外叶片板，是沿与风向平行的方向设置的，微风导入叶片的内叶片板与圆桶形罩体底座的中心轴线，是设置在同一个平面内的；该专利的结构，实现了对迎风面的微风进入引风导流室前的顺流导向，以及进入引风导流室后的改向向上引导，但存在有待进一步解决的以下难题：（1）由于引风导流室为封闭的圆筒形状，在迎风面上的微风导入叶片与背风面上的微风导入叶片工作时，均是处于打开状态的，从迎风面引入的微风，很容易穿过引风导流室的内腔，再通过打开的背风面上的微风导入叶片，流出引风导流室，造成了导入微风的一部分被损失掉；（2）由于大型的风力发电机构的引风导流室的高度达几十米，其内径达百米以上，在如此大的封闭空间内，迎风面引入的微风与背风面靠负压吸入的气流，在引风导流室内，很容易形成乱流和涡流，也进一步加大了引入微风的风能损失；（3）由外叶片板、中间叶片板和内叶片板，所组成的强制微风改向的结构，会直接造成风能的损失，也容易诱发涡流；（4）由于大型微风风力发电的引风导流室的高度达几十米高，微风导入叶片也高达数十米，
将如此高大的三个叶片固定连接，并使其实现灵活的旋转调节，存在现场实现困难的问题；（5）由于风能发电设备安装地点，不同季节的风向是不同的，如何在不同的季节，均能最大程度地将迎风面的微风引入到引风导流室中，实现全季节的持续稳定地发电，也是现场需要解决的另一个难题。


技术实现要素：

3.本发明提供了基于微风聚能风力发电的一种引风导流室结构，解决了将微风导入引风导流室中，如何降低风能损失，以及微风导入后如何最大程度地降低涡流和乱流现象产生的技术问题。
4.本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：本发明的总体构思是：将引风导流室设计为圆柱形筒体形状，从引风导流室的外圆侧壁上引入的微风，是整个发电设备的基础风源；由于引入微风的风速低于3米/每秒钟，本身的风能量就较小，将其尽可能多地引入到引风导流室中，并将其风向，由水平方向改变为竖直向上方向，送入到拔风筒中，在此过程中，降低涡流和乱流现象的产生，并避免微风穿堂而过，是本发明的主题；本发明的总体构思可归纳为以下几点：（1）由于本发明的引风导流室为圆柱形状，在任何风向下，引风导流室的外圆四周侧立面，均可被划分为180弧度的迎风面和另半个180度的背风面，本发明在引风导流室内，通过设置将引风导流室内腔一分为二的挡风分割墙，将整个引风导流室的内腔，分割成两个独立的空间，阻断了从迎风面进入引风导流室的微风，穿堂而过的路径，并降低了迎风面进入的微风与背风面进入的气流对撞所产生涡流的概率；（2）本发明通过在引风导流室的外圆上，分别设置内、外两圈引风的弧形随动式导风叶片，通过内、外两弧形随动式导风叶片的配合，在迎风面两边侧，构筑了一个渐次改变风向的弧形导风通道，逐次引导微风的改向导入，最大程度地避免风能损失；并在挡风分割墙与弧形导风通道的连接处的挡风分割墙上，设置流线形过渡面，最大程度地克服在此处容易产生涡流的缺陷；（3）由于引风导流室的高度一般有几十米之高，内径也达百米，如何使导入的微风和气流，在引风导流室内的行进路线上，减少摩擦，也是需要考虑的一个问题，本发明将引风导流室底面，设计为中间高四周低的锥体形底面，同时，使锥形底面与中央的圆锥状引流凸起的连接处，以相同的流线弧度进行衔接，实现了微风及气流从引风导流室到拔风筒的顺畅过渡，并在底面上设置黑色的防腐减阻漆层，起到减少风阻并加热气流的目的。
5.基于微风聚能风力发电的一种引风导流室结构，包括圆柱形筒体、主风向微风和背风面被吸入气流，在圆柱形筒体的筒体底面的中央处，设置有圆锥状引流凸起，在筒体底面的外圆上，等间隔弧度地设置有外圈支撑钢柱，在外圈支撑钢柱内侧的筒体底面的内侧圆上，等间隔弧度地设置有内圈支撑钢柱，在外圈支撑钢柱的顶端和内圈支撑钢柱的顶端，设置有圆柱形筒体的顶部盖板，在顶部盖板的中央处，设置有拔风筒体连通孔，在拔风筒体连通孔上，连接有拔风筒体，外圆上每个外圈支撑钢柱，与内侧圆上的相邻的两个内圈支撑钢柱的距离是相等的；在圆柱形筒体内，分别设置有左挡风分割墙和右挡风分割墙，左挡风分割墙和右挡风分割墙，是设置在同一个横断面内的，该横断面为圆柱形筒体的垂直平分面，并且该横断面与主风向微风的风向，是相互垂直设置的；在外圈支撑钢柱上，设置有外圈摆动弧形叶片，在内圈支撑钢柱上，设置有内圈摆动弧形叶片；主风向微风是从圆柱形筒
体的迎风面正前方吹向圆柱形筒体的，背风面被吸入气流是从圆柱形筒体的背风面上被吸入到圆柱形筒体内的。
6.在左挡风分割墙的左侧，设置有左边侧内圈支撑钢柱，左边侧内圈支撑钢柱是内侧圆上的等间隔弧度地设置的内圈支撑钢柱中的最左侧的一个内圈支撑钢柱，左边侧内圈支撑钢柱与左挡风分割墙的左端，靠接连接在一起，在左边侧内圈支撑钢柱的左前方，设置有左前边侧外圈支撑钢柱，左前边侧外圈支撑钢柱是外圆上的等间隔弧度地设置的外圈支撑钢柱中的最左前侧的一个外圈支撑钢柱，左前边侧外圈支撑钢柱上的外圈摆动弧形叶片的右端，与左边侧内圈支撑钢柱上的内圈摆动弧形叶片的左端，靠接连接在一起；在右挡风分割墙的右侧，设置有右边侧内圈支撑钢柱，右边侧内圈支撑钢柱是内侧圆上的等间隔弧度地设置的内圈支撑钢柱中的最右侧的一个内圈支撑钢柱，右边侧内圈支撑钢柱与右侧挡风分割墙的右端，靠接连接在一起，在右边侧内圈支撑钢柱的右前方，设置有右前边侧外圈支撑钢柱，右前边侧外圈支撑钢柱是外圆上的等间隔弧度地设置的外圈支撑钢柱中的最右前侧的一个外圈支撑钢柱，右前边侧外圈支撑钢柱上的外圈摆动弧形叶片的左端，与右边侧内圈支撑钢柱的内圈摆动弧形叶片的右端，靠接连接在一起。
7.左边侧内圈支撑钢柱前侧的，以及右边侧内圈支撑钢柱前侧的各内圈支撑钢柱上的内圈摆动弧形叶片，均是沿与主风向微风的风向相切的方向设置的；左前边侧外圈支撑钢柱前侧的，以及右前边侧外圈支撑钢柱前侧的各外圈支撑钢柱上的外圈摆动弧形叶片，均是沿与主风向微风的风向相切的方向设置的；左边侧内圈支撑钢柱后侧的，以及右边侧内圈支撑钢柱后侧的各内圈支撑钢柱上的内圈摆动弧形叶片，均是沿圆柱形筒体的水平横截面圆的径向方向设置的，左前边侧外圈支撑钢柱后侧的，以及右前边侧外圈支撑钢柱后侧的各外圈支撑钢柱上的外圈摆动弧形叶片，均是沿圆柱形筒体的水平横截面圆的径向方向设置的，背风面被吸入气流，是沿圆柱形筒体的水平横截面圆的径向方向，被引入到圆柱形筒体中的。
8.左挡风分割墙的前侧立面为从左向右引流的弧形曲面，左前边侧外圈支撑钢柱上的外圈摆动弧形叶片、左边侧内圈支撑钢柱上的内圈摆动弧形叶片和从左向右引流的弧形曲面，组成连续的左侧弧形引风导流面；右挡风分割墙的前侧立面为从右向左引流的弧形曲面，右前边侧外圈支撑钢柱上的外圈摆动弧形叶片、右边侧内圈支撑钢柱的内圈摆动弧形叶片和从右向左引流的弧形曲面，组成连续的右侧弧形引风导流面；左侧弧形引风导流面、右侧弧形引风导流面和圆锥状引流凸起的外侧面，共同组成了引导微风顺畅地，小风阻地进入拔风筒的流线型侧立面。
9.筒体底面是由外环形底面和内环形底面组成的，在内环形底面中设置有圆锥状引流凸起，外环形底面是外圆低内圆高的向中心倾斜的环形倾斜面，内环形底面是与圆锥状引流凸起的外侧面衔接过渡的抛物线型旋转曲面；在筒体底面上、左挡风分割墙的表面上、右挡风分割墙的表面上、外圈摆动弧形叶片上和内圈摆动弧形叶片上，均设置有黑色的防腐减阻漆涂层；在外圈摆动弧形叶片上，设置有穿轴套，外圈摆动弧形叶片，通过穿轴套，活动连接在外圈支撑钢柱上。
10.本发明将引风导流室迎风面上的来风，有效地引入到引风导流室中，在引入的过程中，最大程度地顺应了风向，减少了微风风能损失；同时，将引风导流室背风面上的吸入气流，沿径向导入到引风导流室中；通过设置与主风向微风垂直的分割挡风墙，克服了引入
的微风与吸入的气流迎面碰撞的缺陷，避免了两者产生涡流和乱流现象的发生，提高了进入拔风筒前的风密度和风能量，提高了单位占地面积的发电功率。
附图说明
11.图1是本发明的结构示意图；图2是本发明的筒体底面的外圆4上的外圈支撑钢柱2和内侧圆5上的内圈支撑钢柱3的结构示意图；图3是本发明的圆柱形筒体内的挡风分割墙和摆动弧形叶片的布置结构示意图；图4是本发明的左挡风分割墙14和右挡风分割墙15的结构示意图；图5是本发明的外圈摆动弧形叶片12的结构示意图；图6是本发明的微风聚能风力发电装置的结构示意图；图7是本发明引风导流室的微风引入及导流的气流流向图。
具体实施方式
12.下面结合附图对本发明进行详细说明：一种微风聚能风力发电装置，主要由圆桶形罩体底座（引风导流室）和中部细上下两端粗的拔风筒19组成，在拔风筒19细腰中，设置有沿竖直向下方向的迎风的风力发电机叶片；在圆柱形罩体底座（引风导流室）内的底部中心处设置的圆锥状引流凸起6上，各股向上流动的被导入的微风和被吸入的气流汇合后，继续向上，流动到拔风筒19中部细腰处时，由于拔风筒细腰的横截面变小，汇合的气流会加速通过该区域，而加速通过的气流，会在拔风筒19的下端口上，产生负压现象，产生加速吸入引风导流室外空气的作用，进一步加大拔风筒19中部细腰中气流的流量和流速，从而产生了拔风作用，从而实现了微风进入到引风导流室时的聚能作用。
13.本发明的基于微风聚能风力发电的引风导流室，是微风聚能风力发电装置的前端关键设备，承担着引入迎风面的微风，并将引入的微风和背风面的气流，导入到拔风筒，向拔风筒内的风力发电机输送发电风力的任务，直接关系到风力发电机的发电效率；本发明针对引风导流室的结构，进行了创造性地优化设计，包括圆柱形筒体、主风向微风9和背风面被吸入气流18，在圆柱形筒体的筒体底面1的中央处，设置有圆锥状引流凸起6，在筒体底面1的外圆4上，等间隔弧度地设置有外圈支撑钢柱2，在外圈支撑钢柱2内侧的筒体底面1的内侧圆5上，等间隔弧度地设置有内圈支撑钢柱3，在外圈支撑钢柱2的顶端和内圈支撑钢柱3的顶端，设置有圆柱形筒体的顶部盖板10，在顶部盖板10的中央处，设置有拔风筒体连通孔11，在拔风筒体连通孔11上，连接有拔风筒体19；筒体底端面1的外圆4的中心轴线、筒体底端面1的内侧圆5的中心轴线、圆锥状引流凸起6的中心轴线、拔风筒体连通孔11的中心轴线和拔风筒体19的中心轴线，是重合在一起的；根据风力发电的功率来确定本发明的圆柱形筒体的直径，即，外圆4的大小，以及圆柱形筒体的高度，并根据确定的圆柱形筒体的高度，设计确定内侧圆5的直径的大小，外圆4与内侧圆5为同心圆，并且使外圆4上设置的外圈摆动弧形叶片12与内圈摆动弧形叶片13拼接出连续的导风通道来；使外圆4上的每个外圈支撑钢柱2，与相邻的内侧圆5上的两个内圈支撑钢柱3的距离是相等的，也就是说，要将相邻的外圈支撑钢柱2和内圈支撑钢柱3设置在相邻的两个圆半径上，为任何两相邻的内、外
圈摆动弧形叶片配合构建起导入微风的弧形通道，创造了条件；外圈支撑钢柱2和内圈支撑钢柱3，也可同时兼作顶部盖板10的支撑立柱；在圆柱形筒体内，分别设置有左挡风分割墙14和右挡风分割墙15，左挡风分割墙14和右挡风分割墙15，是设置在同一个横断面内的，该横断面为圆柱形筒体的垂直平分面，并且该横断面与主风向微风9的风向，是相互垂直设置的；在外圈支撑钢柱2上，设置有外圈摆动弧形叶片12，在内圈支撑钢柱3上，设置有内圈摆动弧形叶片13；主风向微风9是从圆柱形筒体的迎风面正前方吹向圆柱形筒体的，背风面被吸入气流18是从圆柱形筒体的背风面上被吸入到圆柱形筒体内的；左挡风分割墙14或右挡风分割墙15，可以是整体板结构形式，也可是拼装结构形式。
14.在左挡风分割墙14的左侧，设置有左边侧内圈支撑钢柱22，左边侧内圈支撑钢柱22设置在内侧圆5上，左边侧内圈支撑钢柱22，同时也是在内侧圆5上等间隔弧度地设置的内圈支撑钢柱3中的一个，左边侧内圈支撑钢柱22与左挡风分割墙14的左端，靠接连接在一起，在左边侧内圈支撑钢柱22的左前方，设置有左前边侧外圈支撑钢柱21，左前边侧外圈支撑钢柱21设置在外圆4上，左前边侧外圈支撑钢柱21同时也是外圆4上等间隔弧度地设置的外圈支撑钢柱2中的一个，左前边侧外圈支撑钢柱21上的外圈摆动弧形叶片的右端，与左边侧内圈支撑钢柱22上的内圈摆动弧形叶片的左端，活动靠接连接在一起，左前边侧外圈支撑钢柱21上的外圈摆动弧形叶片的左部叶片，将迎风面上的圆柱形筒体左边侧的主风向微风9，引向圆柱形筒体内，被引入的左边侧的主风向微风9，依次经过，左前边侧外圈支撑钢柱21上的外圈摆动弧形叶片、左边侧内圈支撑钢柱22上的内圈摆动弧形叶片的左部叶片、左挡风分割墙14的前侧面上的从左向右引流的弧形曲面16，最后通过圆锥状引流凸起6，进入到拔风筒体19中；在右挡风分割墙15的右侧，设置有右边侧内圈支撑钢柱24，右边侧内圈支撑钢柱24设置在内侧圆5上，右边侧内圈支撑钢柱24，同时也是在内侧圆5上等间隔弧度地设置的内圈支撑钢柱3中的一个，右边侧内圈支撑钢柱24与右侧挡风分割墙15的右端，靠接连接在一起，在右边侧内圈支撑钢柱24的右前方，设置有右前边侧外圈支撑钢柱23，右前边侧外圈支撑钢柱23设置在外圆4上，右前边侧外圈支撑钢柱23，同时也是在外圆4上等间隔弧度地设置的外圈支撑钢柱2中的一个，右前边侧外圈支撑钢柱23上的外圈摆动弧形叶片的左端，与右边侧内圈支撑钢柱24的内圈摆动弧形叶片的右端，靠接连接在一起；右前边侧外圈支撑钢柱23上的外圈摆动弧形叶片的右部叶片，将迎风面上的圆柱形筒体右边侧的主风向微风9，引向圆柱形筒体内，被引入的右边侧的主风向微风9，依次经过，右前边侧外圈支撑钢柱23上的外圈摆动弧形叶片、右边侧内圈支撑钢柱24上的内圈摆动弧形叶片的右部叶片、右挡风分割墙15的前侧面上的从右向左引流的弧形曲面17，最后通过圆锥状引流凸起6，进入到拔风筒体19中。
15.左边侧内圈支撑钢柱22前侧的，以及右边侧内圈支撑钢柱24前侧的各内圈支撑钢柱3上的内圈摆动弧形叶片，均是沿与主风向微风9的风向相切的方向设置的；左前边侧外圈支撑钢柱21前侧的，以及右前边侧外圈支撑钢柱23前侧的各外圈支撑钢柱2上的外圈摆动弧形叶片，均是沿与主风向微风9的风向相切的方向设置的；也就是说：本发明只将圆柱形筒体的迎风面上的左边侧的两个内、外圈摆动弧形叶片和右边侧的两个内、外圈摆动弧形叶片，设计成与主风向微风9的风向成一定弧度角度的引风导流面外，其他迎风面上的内圈和外圈摆动弧形叶片，均设置成与主风向微风9的风向相切的姿态，最大程度地减小了导风叶片对微风所产生的风阻，降低风能的损失；左边侧内圈支撑钢柱22后侧的，以及右边侧
内圈支撑钢柱24后侧的各内圈支撑钢柱3上的内圈摆动弧形叶片，均是沿圆柱形筒体的水平横截面圆的径向方向设置的，左前边侧外圈支撑钢柱21后侧的，以及右前边侧外圈支撑钢柱23后侧的各外圈支撑钢柱2上的外圈摆动弧形叶片，均是沿圆柱形筒体的水平横截面圆的径向方向设置的；背风面被吸入气流18，是沿圆柱形筒体的水平横截面圆的径向方向，被引入到圆柱形筒体中的；由于，圆柱形筒体背风面上的进风，其实是靠拔风筒产生的负压，将背风面上的气流吸入到圆柱形筒体中的，使圆柱形筒体背风面上气流，沿径向放射状进入圆柱形筒体的背风面空间内，可避免各股气流之间的碰撞，减少其产生涡流的概率；各外圈摆动弧形叶片12均是可自由旋转的，当各外圈摆动弧形叶片12均旋转到与外圆4重合位置时，它们将拼接组成引风导流室的封闭的外圆圆弧形立面；各内圈摆动弧形叶片13均旋转到与内侧圆5重合位置时，它们将拼接组成引风导流室的封闭的内圆圆弧形立面；外圈摆动弧形叶片12的宽窄与内圈摆动弧形叶片13的宽窄，是根据圆柱形筒体的直径，以及外圆4与内侧圆5之间的间距来确定的。
16.左挡风分割墙14的前侧立面，被设计成从左向右引流的弧形曲面16，左前边侧外圈支撑钢柱21上的外圈摆动弧形叶片12、左边侧内圈支撑钢柱22上的内圈摆动弧形叶片13和从左向右引流的弧形曲面16，组成连续的左侧弧形引风导流面；右挡风分割墙15的前侧立面，被设计为从右向左的引流的弧形曲面17，右前边侧外圈支撑钢柱23上的外圈摆动弧形叶片12、右边侧内圈支撑钢柱24的内圈摆动弧形叶片13和从右向左的导流弧形曲面17，组成连续的右侧弧形引风导流面；在设计摆动弧形叶片的弧度、从左向右引流的弧形曲面16和从右向左的引流的弧形曲面17时，可将三者作为统一的流线形曲面来设计。
17.筒体底面1是由外环形底面7和内环形底面8组成的，在内环形底面8中设置有圆锥状引流凸起6，外环形底面7是外圆低内圆高的向中心倾斜的环形倾斜面，内环形底面8是与圆锥状引流凸起6的外侧面衔接过渡的抛物线型旋转曲面；外环形底面7、内环形底面8和圆锥状引流凸起6的前侧外侧面，组成了一个流畅的将气流向拔风筒体19导入的流线型的底端曲面。
18.在筒体底面1上、左挡风分割墙14的表面上、右挡风分割墙15的表面上、外圈摆动弧形叶片12上和内圈摆动弧形叶片13上，均设置有黑色的防腐减阻漆涂层，起到进一步减少风阻和对气流进行加热的作用；在外圈摆动弧形叶片12上，设置有穿轴套20，外圈摆动弧形叶片12，通过穿轴套20，活动连接在外圈支撑钢柱2上，在穿轴套20中设置有轴承，轴承内圈与外圈支撑钢柱2固定连接，轴承外圈与穿轴套20固定连接。
19.本发明提供了一种基于太阳能蓄热的微风聚能发电装置上使用的引风导流室结构，可以将迎风面、背风面全方位的风能聚集在一起，通过本发明的结构，将微风及气流导引到微风聚能发电装置内增速，可在一年四季中，均实现将其加速达到传统风力发电额定风速10米/秒以上的可利用风能。